人工假頂快速摸底技術在綜放初采中的應用

劉紅旗

（冀中能源峰峰集團有限公司羊東礦，河北 邯鄲 056201）

羊東礦主采煤層平均厚度5.5 m，由于地質條件復雜、構造多且一次采全高液壓支架體積大、質量重，運輸支架的巷道高度不足，一次采全高液壓支架在羊東礦并不適用，只能采用綜采輕放支架。放頂煤工作面切眼安裝和初采工藝是最重要的環節，需要在切眼安裝和初采工藝上進行優化改進，以提高安全效益和經濟效益。以羊東礦8267 工作面為例，由于切眼沿煤層頂板掘進，采面沿煤層底板回采，存在初采丟失底三角煤且托頂煤推采問題。針對該問題，擴切眼時在切眼位置臥底后懸吊木垛制造人工假頂[1-6]，初采可實現快速摸底，可實現安全快速初采、提高煤炭回收率。

1 工程概況

羊東礦井2#煤層為突出煤層，8267 工作面為2#煤層工作面，位于-850 m 水平五一采區,工作面標高-628～-682 m，地面標高+132.4～+137.2 m，走向長度761.4 m，傾向長度149.41 m。工作面東部以隔離開采煤柱為界，西部以8269 采空區為界，南部以X20-8467-1 陷落柱為界，北部以五二皮帶上山為界。8267 工作面切眼長度150 m，煤層厚度5.5 m，切眼安裝ZFG5400/20/35 型6 架、ZF5200/16/28型93 架。8267 工作面煤層及頂底板情況見表1。

表1 8267 工作面煤層及頂底板情況

2 工作面原初采方案及問題分析

2.1 原工作面切眼支護及支架安裝方案

擴切眼后規格：凈寬×凈高=7.5 m×3.5 m，沿煤層頂板掘進，采用錨網梁配合錨索聯合支護。錨桿配合梯形梁垂直切眼方向布置，錨桿規格為Ф20 mm、長度2.4 m 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間距850 mm，排距800 mm，配備140 mm×120 mm×8 mm 的U 鋼自制托板，采用K2335 樹脂錨固劑1 卷、Z2335 樹脂錨固劑2 卷錨固；錨索長度7.5 m，采用Ф21.8 mm 高強度低松弛鋼絞線，配備16#b 槽鋼使用，錨固劑選用K2335 樹脂錨固劑2 卷，Z2335 樹脂錨固劑2 卷。頂板鋪設鋼筋網，鋼筋網由Ф6 mm 鋼筋焊接而成，網格規格100 mm×100 mm，網邊搭接100 mm。擴切眼完畢后安裝支架，上下端頭各安裝3 架ZFG5400/20/35 型液壓，中間安裝93 架ZF5200/16/28 型放頂煤液壓支架，支架頂蓋與頂板直接接觸，支架底座下留有約2.5 m 底煤，如圖1。

圖1 原切眼支架安裝示意圖（mm）

2.2 原工作面初采方案

工作面安裝完畢后，采煤機下割，支架逐步下鉆，工作面托頂煤推采，如圖2。支架底座逐步摸至煤層底板，采空區切頂卸壓后進入采煤、放煤正規循環，如圖3。

圖2 工作面支架下鉆摸底示意圖

圖3 工作面支架摸底正常推采示意圖

2.3 原方案存在的問題分析

支架從摸頂到摸底的過程中，支架托頂煤由薄變厚，該過程中托頂煤過薄容易導致頂煤冒落，在頂煤破碎的情況下還需要注漿加固煤體，托煤推采難度大，易導致瓦斯、頂板事故，且丟失底煤。根據統計，鄰近的8266 工作面初采過程中，從初采到支架摸底需要推采20 m，發生了兩次頂煤冒落導致瓦斯超限預警事故，在頂煤破碎的情況下采取了注漿加固措施；在鄰近的里8261 工作面初采托頂煤推采過程中，由于頂煤冒落導致支架不接頂、支架倒架咬架事故，給工作面回采造成很大隱患。

3 切眼懸吊木垛制造人工假頂及初采方案

3.1 擴切眼懸吊木垛制造人工假頂

切眼擴幫后，在擴煤幫側頂板，按間、排距1.55 m 打設吊木垛錨索。錨索Ф21.8 mm、長5.0 m，外露超長部分先在錨索端頭往上150 mm 處上槽鋼、鎖具，然后利用槽鋼作為木垛底面逐層擺好高度為1.6 m 的木垛，木垛采用長2.3 m 的硬雜木。擺木垛時木垛端頭搭接不少于200 mm，組成木垛的雜木間、排距不大于1.55 m，按此順序逐層擺至接頂，最后對錨索預緊，預緊力視木垛貼緊頂板為準。木垛使用的兩面平松木選用直徑20 cm 以上、長2.3 m 的優質紅松木，槽鋼選用16#槽鋼，長3.5 m，3 孔布置，孔間距1.55 m，槽鋼順切眼方向安裝，每個木垛（槽鋼）間距不超過300 mm。擴切眼懸吊木垛制造人工假頂如圖4。工作面初采即可快速摸至煤層底板。

圖4 擴切眼懸吊木垛制造人工假頂示意圖（mm）

3.2 初采方案

切眼采用懸吊木垛制造人工假頂后，支架可直接落在煤層底板，初采即可托住1.5 m 以上厚度的頂煤，頂煤不易冒落。根據2#煤層頂底板特性，2#煤層頂板多屬直接頂易冒落和周期來壓明顯的二級一類～二級二類頂板，推采10 m 即可在采空區及兩巷爆破切頂卸壓，隨后進入采煤、放煤正規循環。

4 應用效果

在羊東礦8267 工作面切眼安裝及初采過程中，采用擴切眼懸吊木垛制造人工假頂方案，初采切眼高度達到5 m，初采期間的快速摸底比原設計提前12 d，減少了初采底三角煤丟失，可多回收煤炭8820 t。

5 結論

1）在現有輕放支架設備及切眼支護參數不變的條件下，擴切眼施工過程中，先按3.5 m 正常高度擴完切眼，隨后打起吊錨索配合槽鋼，在槽鋼上擺放木垛，預緊槽鋼使木垛假頂形成整體，再按5 m 高度臥底擴幫，安裝支架升架接假頂，使支架直接接觸煤層底板，減少了底三角煤丟失，省去了初采時托頂煤摸底的過程，頂板、瓦斯風險大大降低，為工作面初采提供了安全、高效的施工條件。

2）該方案為峰峰礦區同等地質條件下6 m 厚煤、只能選用綜采輕放支架的工作面提供了大膽的嘗試和探索，經濟效益和安全效益顯著，具有較高的推廣價值。